【摘要】 采用GC-IMS法对黄、绿、白、黑不同颜色谷子样品中的挥发性有机化合物(VOCs)进行了检测。

谷子(Setaria italica)是一种传统种植作物，可以适应世界各地不同环境的种植，特别是在印度、中国、美国和尼日利亚的干旱地区。由于其耐贮藏、抗旱、适应性强等优点，加上营养成分丰富，意大利狗尾草在上述国家的产量和产量都在增加。得到的谷子经去壳加工后，可制成汤料、馒头等家庭食品，含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物和人体所需的微量元素。同时，谷子也可以开发，被中医认为是一种健康的食物来源，具有抗氧化、养血、促乳、提高人体免疫力等多种保健功能。

 

挥发性风味是谷子影响消费者偏好的重要特征。不同颜色的谷子显示出多种营养特性。尽管采用气相色谱-质谱法报道了几种有色谷子的蒸煮指数和挥发性风味成分，但由于检测灵敏度、预处理程序、样品品种和方法的不同，仍存在一定的差异。研究趋势指出，可以通过相对气味值、GC-O和多元统计分析(PLS-DA或OPLS-DA)来筛选出关键的差异化合物，从而更好地了解不同食品的风味特征(Jin et al, 2023)。

 

然而，不同颜色谷子中挥发性有机成分的GC-IMS鉴定、指纹图谱及差异分析等方面的研究尚未见报道。Jin等人1采用GC-IMS对同一地理位置不同颜色谷子(黑、绿、白、黄)挥发性有机成分的差异进行了表征，并绘制了不同颜色谷子挥发性有机成分指纹图谱。同时，通过主成分分析和PLS-DA分析对不同颜色谷子的挥发性有机成分进行差异性筛选，为今后丰富不同颜色谷子的风味特征提供一定的参考。

 

图1 不同颜色谷子(黑、绿、白、黄)的GC-IMS三维地形图(A)、鸟瞰图(B)和对比图(C)。红色表示信号强度，每个点表示一种特定的挥发性成分。

 

图2 四种有色谷子中风味有机化学物质的指纹图谱。

 

图3 不同颜色谷子挥发性成分的PCA评分图(A)和聚类热图(B)比较。

 

采用GC-IMS法对黄、绿、白、黑不同颜色谷子样品中的挥发性有机化合物(VOCs)进行了检测。如图1A所示，通过GC-IMS仪器插件导出三维地形图。离子的相对漂移时间、停留时间和峰强度分别在X、Y和Z轴上表示。所有挥发性成分在光谱上以斑点表示，颜色表示信号强度(Yang et al, 2021)。为了直观地比较不同颜色谷子风味成分的差异，图1B绘制了二维地形图。

 

同时，还以黑色谷子为参照，获得了用于对比的地形减法图(图1C)。采用气相色谱-液相色谱法对四种颜色谷子的挥发性物质进行了较好的鉴别。白色谷子中部分风味有机成分的比例高于黑色谷子，而黄色谷子中大部分挥发性物质的比例较低。绿色谷子具有与黑色谷子相似的挥发性成分。四种颜色谷子在GC-IMS特征谱上对VOCs的相对辨别不同，可能是由于色素、脂类等营养成分含量的差异所致。

 

通过内置插件生成画廊指纹，以直观地显示四种不同颜色的谷子中挥发性成分的差异，并有3条平行线(图2)。挥发性化学物质以列表示，而样品以行表示。红色区域面积越大，挥发性成分含量越高。采用主成分分析和聚类模型分析难以发现和复杂的变量，区分不同高粱品种和有色糙米中挥发性成分的差异。目前，通过主成分分析和聚类比较，对四种色谷子的全GC-IMS光谱数据进行分析，结果如图3所示。

 

综上所述，在4种不同颜色的谷子中，GC-IMS共检测出55种挥发性有机化合物，其中醛类25种，酮类10种，醇类15种，醚类2种，呋喃类2种，酯类1种。不同颜色谷子的主要挥发性成分分别为醛类、酮类和醇类。GC-IMS数据结合主成分分析和热图聚类分析可以很好地识别不同颜色谷子挥发性成分的差异。通过PLS-DA建立了较好的稳定性预测模型，筛选出17种不同挥发性成分作为4种色谷子的挥发性鉴别标记。基于GC-IMS技术，建立了4种有色谷子中挥发性有机物的指纹图谱，为今后丰富有色谷子的风味和品质特征提供一定的参考。

 

1.Jin, W.;  Cai, W.;  Zhao, S.;  Gao, R.; Jiang, P., Uncovering the differences in flavor volatiles of different colored foxtail millets based on gas chromatography-ion migration spectrometry and chemometrics. Current Research in Food Science 2023, 7, 100585.

 

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